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1、网络网络网络网络通信原理通信原理通信原理通信原理（7 7）20132013级级 研究生课程研究生课程十二月十二月十二月十二月 22 221 1SCUT DT&P Labs CopyrightSCUT DT&P Labs CopyrightSCUT DT&P Labs CopyrightSCUT DT&P Labs Copyright2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2 2多多协议标签交换协议标签交换技术技术(MPLS)(MPLS)2008 Copyright
2、 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs3 3 1 1、MPLSMPLS的基本概念与功能的基本概念与功能 MPLSMPLS：Multi-Protocol Label SwitchingMulti-Protocol Label Switching 提供简单而高速的分组转发机制；提供简单而高速的分组转发机制；支持多种不同的网络层和链路层协议和技术；支持多种不同的网络层和链路层协议和技术；支持层次化的网络结构；支持层次化的网络结构；具有业务融合汇聚能力，以节省网络资源；具有业务融合汇聚能力，以节省
3、网络资源；支持单播和组播业务；支持单播和组播业务；能够检测并避免环路的发生；能够检测并避免环路的发生；支持与非支持与非MPLSMPLS交换机的互操作。交换机的互操作。第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs4 4第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 2 2、MPLSMPLS的标准化机构的标准化机构 主要机构主要机构IETFIETF的的MPLSMPLS工作组；工作组；IT
4、U-TITU-T的有关工作组的有关工作组SG11SG11，SG13SG13和和SG15SG15；MPLS MPLS 论坛论坛(Forum)(Forum)。标准化的主要工作目标标准化的主要工作目标提供一个综合选路和交换的技术规范；提供一个综合选路和交换的技术规范；把路由选择功能设置在网络边缘，由核心网络完成高速的把路由选择功能设置在网络边缘，由核心网络完成高速的 交换转发；交换转发；使可运行在不同的链路层协议基础上：使可运行在不同的链路层协议基础上：ATMATM网络、网络、FR(FR(帧中继帧中继)网络、网络、LAN(LAN(局域网局域网)支持不同的网络层协议，目前主要支持支持不同的网络层协议，
5、目前主要支持IPv4IPv4，IPv6IPv62008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs5 5第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 3 3、IETFIETF有关有关MPLSMPLS的标准的标准 2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs6 6第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS
6、4 4、MPLSMPLS的主要三中实现方案的主要三中实现方案 l MPLS as a layer three or IP solutionlayer three or IP solution.In this case,the label is an additional piece of data(Shim Lable)appended to the beginning of the IP packet.MPLS components know how to switch using the label,rather than routing on the contents of the IP
7、 header.l MPLS as an IP over Frame Relay solutionIP over Frame Relay solution.In this case,the label is the data link control identifier(DLCI)in the Frame Relay header.l MPLS as an IP over ATM solutionIP over ATM solution.In this case,the label is the ATM VPI/VCI value within the ATM cell header.200
8、8 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs7 7第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 5 5、MPLSMPLS网络的基本结构网络的基本结构 2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8 8第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 6 6、标记、标记 标记是加在分组头部的长度固定的标识符，用
9、于标识某一类别标记是加在分组头部的长度固定的标识符，用于标识某一类别的经过同一传输路径分组业务；的经过同一传输路径分组业务；标记的格式依赖于不同传输技术的分组封装方式标记的格式依赖于不同传输技术的分组封装方式2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs9 9 6 6、标记、标记 标记的格式标记的格式2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs
10、1010第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 7 7、转发等价类、转发等价类(FEC)(FEC)转发等价类转发等价类(FEC:Forwarding Equivalence Class)(FEC:Forwarding Equivalence Class)转发等价类转发等价类FECFEC可以理解为经历相同传输路径、需要相同服务可以理解为经历相同传输路径、需要相同服务质量质量(QoS)(QoS)的业务流的构成的业务类别的业务流的构成的业务类别 对于同一转发等价类对于同一转发等价类FECFEC，可以映射到同一标记，可以映射到同一标记 映射的依据映射的依据/属性可以是主机地
11、址、地址前缀属性可以是主机地址、地址前缀/网络编号等网络编号等 确定确定FECFEC的主要原则：的主要原则：相同的目的子网相同的目的子网相同的应用类型相同的应用类型目的子网和应用类型的组合目的子网和应用类型的组合源和目的子网的组合源和目的子网的组合特殊的特殊的QoSQoS需求需求IPIP组播、组播、VPNVPN等等2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs11 11第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 8 8、标记分发协议、标记分发协议
12、(LDP)(LDP)标记分发协议标记分发协议(LDP:Label Distribution Protocol)(LDP:Label Distribution Protocol)LDPLDP是是MPLSMPLS的信令与控制协议，用于实现的信令与控制协议，用于实现MPLSMPLS网络边界路由器网络边界路由器(LER)(LER)、交换路由器、交换路由器(LSR)(LSR)等网络设备间的会话，以协商和定义数等网络设备间的会话，以协商和定义数据传输过程的各种约定和规则据传输过程的各种约定和规则 LDPLDP定义了如何实现标记与定义了如何实现标记与FECFEC的绑定关系和虚连接的建立方式的绑定关系和虚连接
13、的建立方式 标记分配的功能可通过标记分配的功能可通过LDPLDP实现，也可以在现有的协议，如实现，也可以在现有的协议，如RSVPRSVP和和BGPBGP等，的基础上通过所谓捎带等，的基础上通过所谓捎带(Piggyback)(Piggyback)的方式实现的方式实现 标记分配功能的多种实现方式使标记分配功能的多种实现方式使MPLSMPLS在向后兼容及进一步扩展在向后兼容及进一步扩展方面有很大的优势方面有很大的优势2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1212第十三
14、章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 9 9、LDPLDP的消息类别的消息类别 发现发现(Discovery)(Discovery)消息消息用于发布和维护网络中一个标记交换路由器用于发布和维护网络中一个标记交换路由器(LSR)(LSR)的存在的存在 会话会话/邻接邻接(Adjacency)(Adjacency)消息消息用于建立、维护和终结用于建立、维护和终结LDPLDP会话会话 通告通告(Advertisement)(Advertisement)消息消息用于建立、修改和删除用于建立、修改和删除FECFEC对应的标记对应的标记(标记分发标记分发)通知通知(Notifica
15、tion)(Notification)消息消息用于传输出错通知和建议信息用于传输出错通知和建议信息 消息的编码格式消息的编码格式LDPLDP的消息采用的消息采用TLV(Type-Length-Value)TLV(Type-Length-Value)编码格式编码格式 TypeLengthValue2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1313第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 1010、标记交换路由器、标记交换路由器(LSR)(LS
16、R)标记交换路由器标记交换路由器(LSR:Label Switching Router)(LSR:Label Switching Router)LSRLSR运行运行传统传统/普通的普通的IPIP路由协议路由协议(如如RIPRIP、OSPFOSPF等等)，完成路由，完成路由功能，负责更新和维护路由表功能，负责更新和维护路由表 LSRLSR运行运行MPLSMPLS的有关控制协议的有关控制协议LDPLDP，与邻接设备协调，与邻接设备协调FEC/FEC/标记的标记的绑定信息绑定信息 LSRLSR负责建立和维护标记转发表，支持标记交换负责建立和维护标记转发表，支持标记交换 LSRLSR的构建可以在传统的
17、构建可以在传统(ATM)(ATM)交换机上实现，也可以将传统的路交换机上实现，也可以将传统的路由器升级支持由器升级支持MPLSMPLS。2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1414第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS 1010、标记交换路由器、标记交换路由器(LSR)(LSR)基于基于ATMATM交换机构建交换机构建LSRLSR的实现方法的实现方法2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P La
18、bsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1515第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1111、标记边缘由器、标记边缘由器(LER)(LER)标记边缘路由器标记边缘路由器(LER:Label Edge Router)(LER:Label Edge Router)LERLER是一种连接是一种连接MPLSMPLS域与非域与非MPLSMPLS域，不同域，不同MPLSMPLS域的路由器域的路由器 LERLER与与MPLSMPLS网内部的网内部的LSRLSR交换交换FEC/FEC/标记绑定信息标记绑定信息 LERLER负责确定业
19、务类型，进行负责确定业务类型，进行FECFEC划分划分 为到达准备进入为到达准备进入MPLSMPLS网络的分组加标记，为离开网络的分组加标记，为离开MPLSMPLS网络的分网络的分组删除标记；组删除标记；基于传统的基于传统的IPIP路由协议完成路由协议完成IPIP选路功能选路功能 实施实施QoSQoS管理，进行接入业务的流量工程控制。管理，进行接入业务的流量工程控制。2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1616第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLS
20、MPLSMPLS1212、标记交换路径、标记交换路径(LSP)(LSP)标记交换路径标记交换路径(LSP:Label Switched Path)(LSP:Label Switched Path)LSPLSP本质上是一条面向连接的虚电路，类似于本质上是一条面向连接的虚电路，类似于ATMATM中的中的PVCPVC，是，是一种由多个一种由多个LSRLSR组成的交换式分组传输组成的交换式分组传输通路通路 LSP LSP的建立过程：的建立过程：基于路由基于路由协议和协议和LDPLDP协议实现各种操作；协议实现各种操作；在确定的传输路径上的各在确定的传输路径上的各LSRLSR中建立基于标记转发中建立基于
21、标记转发表：表：在在入口入口LSRLSR、中间、中间LSRLSR和出口和出口LSRLSR的整个传输路径上建立起的整个传输路径上建立起 标记标记于虚电路的映射于虚电路的映射关系；关系；形成形成MPLSMPLS网络从不同入口到网络从不同入口到不同不同出口出口的标记交换路径的标记交换路径(LSP).(LSP).2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1717第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1212、标记交换路径、标记交换路径(LSP)(
22、LSP)标记交换路径标记交换路径LSPLSP示例示例2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1818第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1313、MPLSMPLS的技术选择的技术选择 标记分配的驱动模式标记分配的驱动模式控制流驱动控制流驱动数据流驱动数据流驱动 标记的分发方式标记的分发方式上游分发上游分发下游按需分发下游按需分发下游主动分发下游主动分发 标记的保持方式标记的保持方式自由标记保持自由标记保持保守标记保持保守标记保持 标记
23、分发控制方式标记分发控制方式独立控制独立控制 有序控制有序控制2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs1919第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1414、标记分配的驱动模式、标记分配的驱动模式 控制流驱动方式控制流驱动方式属于标记预分配的方式，时间开销小属于标记预分配的方式，时间开销小根据控制流的到达来发起标记分配过程，如根据控制流的到达来发起标记分配过程，如拓扑驱动：根据拓扑驱动：根据(OSPF/BGP(OSPF/BGP等等)路由
24、更新消息路由更新消息请求驱动：根据请求驱动：根据LDPLDP或或RSVPRSVP的资源预留消息的资源预留消息 数据流驱动方式数据流驱动方式特定数据流的到达发起标记分配过程，时间开销大特定数据流的到达发起标记分配过程，时间开销大 控制流驱动方式在性能、可扩展性、可靠性等方面都有更好的控制流驱动方式在性能、可扩展性、可靠性等方面都有更好的优势，优势，MPLSMPLS主要使用控制流驱动技术主要使用控制流驱动技术2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2020第十三章第十
25、三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1515、标记分发方式、标记分发方式 上游标记分发上游标记分发适用于组播数据流的传输适用于组播数据流的传输 下游标记分发下游标记分发 (1)(1)下游主动标记分发：下游主动标记分发：由数据流动方向的下游由数据流动方向的下游LSRLSR主动分配标记，无论相关业务主动分配标记，无论相关业务 是否结束，标记资源都保留在是否结束，标记资源都保留在LSRLSR中中.(2)(2)下游按需标记分发发：下游按需标记分发发：在收到上游节点的业务请求时，才由下游节点分配标记，在收到上游节点的业务请求时，才由下游节点分配标记，业务结束时释放标记资源业务结束时释放
26、标记资源.2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2121第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1616、标记保持方式、标记保持方式 保守方式保守方式一旦从相邻一旦从相邻LSRLSR收到无效的标记映射信息收到无效的标记映射信息(如冗余的标记映如冗余的标记映 射等射等)，本地的，本地的LSRLSR将其丢弃将其丢弃.优点：节省存储空间与处理时间优点：节省存储空间与处理时间 自由方式自由方式从相邻从相邻LSRLSR收到无效的标记映射信息时，本
27、地收到无效的标记映射信息时，本地LSRLSR尽可能予尽可能予 以保存，以便未来使用以保存，以便未来使用.优点：可加速重建路由的过程，提高网络的恢复速度优点：可加速重建路由的过程，提高网络的恢复速度2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2222第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1717、标记分发控制方式、标记分发控制方式 独立方式独立方式独立方式独立方式 每个每个LSRLSR可以独立地计算路由、为可以独立地计算路由、为FECFEC建
28、立标记绑定，并向建立标记绑定，并向 其上游其上游LSRLSR发出发出FEC/FEC/标记绑定消息。标记绑定消息。有序方式有序方式有序方式有序方式FEC/FEC/标记绑定消息从标记绑定消息从FECFEC的出口的出口LSRLSR发起，并从下游发起，并从下游LSRLSR依依 序流向上游的序流向上游的LSRLSR。用于显式路由，如建立一个经过特定顺序节点的非缺省路用于显式路由，如建立一个经过特定顺序节点的非缺省路 径。径。该方式有利与防止环路发生，但时延相对大一些。该方式有利与防止环路发生，但时延相对大一些。MPLSMPLS网络可以同时支持标记分发的两种控制模式，并支持其互网络可以同时支持标记分发的两
29、种控制模式，并支持其互操作。操作。2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2323第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1818、显式路由、显式路由(ER)(ER)显式路由显式路由(ER(ER：Explicit Route)Explicit Route)路由建立过程总明确指定路由建立过程总明确指定LSPLSP所经由的全部或部分节点，预先所经由的全部或部分节点，预先配置各跳的顺序，以替代动态配置各跳的顺序，以替代动态IPIP路由选路的计算
30、；路由选路的计算；可通过把业务流在多个通路上转发来平衡骨干网的负荷；可通过把业务流在多个通路上转发来平衡骨干网的负荷；可根据特殊的服务需求，如考虑安全、计费和可根据特殊的服务需求，如考虑安全、计费和VPNVPN等因素，选等因素，选择特定的通路。择特定的通路。2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2424第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS1919、约束路由、约束路由(CR)(CR)约束路由约束路由(CR(CR：Constraint
31、Route)Constraint Route)可根据特定的约束来选择路由，如可根据特定的约束来选择路由，如流量的带宽需求流量的带宽需求延时要求延时要求优先级等优先级等 显式路由可看作约束路由的一个子集显式路由可看作约束路由的一个子集2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2525第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2020、RSVPRSVP标记交换功能的扩展标记交换功能的扩展 RSVP-TE RSVP-TE：Extensions to
32、 RSVPExtensions to RSVP 对对RSVPRSVP可作功能扩展以支持标记交换可作功能扩展以支持标记交换 在在PathPath和和ResvResv消息中增设标记请求、标记分发等信息单元消息中增设标记请求、标记分发等信息单元 此时资源预留过程不再由终端主机发起，信令交换在此时资源预留过程不再由终端主机发起，信令交换在MPLSMPLS的入的入口和出口的口和出口的LSRLSR之间展开。之间展开。2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2626第十三章第十
33、三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2121、LSPLSP建立过程示例建立过程示例 建立一条连接网络建立一条连接网络A/BA/B到网络到网络C/DC/D的标签交换路径的标签交换路径2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2727第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2121、LSPLSP建立过程示例建立过程示例 The steps for setting up an LSP are as follows:lA requ
34、est for labels to establish an LSP from LER 2 to destination A(network A)propagates across the network.This LDP traffic travels on the default channel.lThe request arrives at the end point of the proposed LSP at LER 1.LER 1 is connected to network A.LER 1 assigns the label(VPI/VCI value)of VP=0,VC=3
35、3 to the portion of the LSP between itself and LSR 1.This label(VP=0,VC=33)is stored in the label information base(LIB)of LSR 1.2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2828第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2121、LSPLSP建立过程示例建立过程示例 lLSR 1 then assigns the l
36、abel VP=0,VC=45 to the portion of the LSP between itself and LSR 2.This label is stored in the LIBs of both LSR 1 and LSR 2.LSR 1 now has enough information to perform label switching.It has an incoming label(VP=0,VC=45)associated with an interface and an outgoing label(VP=0,VC=33)associated with an
37、other interface.2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs2929第十三章第十三章第十三章第十三章 MPLSMPLSMPLSMPLS2121、LSPLSP建立过程示例建立过程示例 lLSR 2 assigns the label VP=0,VC=75 to the portion of the LSP between itself and LER 2.This label is stored in the LIB of both LSR 2 and LER 2.lThe network now has an LSP from LER 2 to LER 1.IP traffic destined for any networks connected to LER 1(or to LER 1 itself)will travel along this LSP.2008 Copyright 2008 Copyright SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs3030第七部分完第七部分完